多壁碳纳米管和磁化后多壁碳纳米管对水中罗红霉素吸附研究

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目前水体中抗生素环境污染问题备受人们关注。吸附法是一种简单、快速有效去除水体中抗生素的方法。碳纳米管作为一种新型吸附剂,由于具有独特的多孔和空心结构、较大的比表面积以及与抗生素间的多种相互作用,对水体中抗生素具有优异的吸附性能,引起学者广泛关注。罗红霉素属于大环内酯类,是红霉素的衍生物。罗红霉素频繁在水体中检测出来,虽然含量微小,但长期存在,会造成病菌产生抗药性和“假”持久性存在。人体很可能通过饮水摄入抗生素,对身体健康造成潜在危害。目前,国内外对去除水中罗红霉素的研究鲜有报道。故研究去除水中的罗红霉素的方法具有研究价值及实际必要性。本研究主要围绕多壁碳纳米管去除自然水体中罗红霉素而展开。本研究采用碳纳米管吸附水中罗红霉素。考察了pH、温度、投加量、时间、腐植酸浓度和离子强度对吸附产生的影响,探讨了反应机理。结果表明:pH显著影响多壁碳纳米管吸附水中罗红霉素。罗红霉素的吸附量随着pH和温度升高而降低。罗红霉素吸附量pH=1时最高,为39.75 mg/g。低浓度腐植酸促进罗红霉素的吸附,高浓度腐植酸则可以促进吸附罗红霉素的吸附。而离子浓度对吸附的作用与此相反,随着离子浓度逐渐增加,罗红霉素吸附量是先降低后升高。通过吸附实验发现多壁碳纳米管对罗红霉素具有良好地去除效果。吸附过程能用准一级动力学、颗粒内扩散模型和Freundlich等温线方程进行很好地拟合。此吸附过程是物理吸附,放热反应,△G<0,△S<0。碳纳米管是具有纳米级直径的准一维碳材料,分散于水体中,难以回收再利用,造成资源浪费。因此,本文研究采用化学共沉淀方法制作磁性多壁碳纳米管,运用磁分离技术可将其从水体中分离出来。本研究采用SEM、FT-IR、Zeta电位、Boehm滴定和磁分离实验等微观分析方法对多壁碳纳米管和磁性多壁碳纳米管进行表征分析,研究两者形状结构、含氧官能团数量、磁分离和电位等的变化。本研究运用磁性多壁碳纳米管吸附水中罗红霉素,考察了pH、温度、时间对磁性多壁碳纳米管吸附罗红霉素产生的影响,重点分析磁性后多壁碳纳米管吸附性能的变化,分析机理。结果表明:随着pH增大,罗红霉素的吸附量先降后升。在pH=1达到最大,为39.5 mg/g。而在pH=7时,达到最低值20.6 mg/g。在298 K条件下,50 mg磁性多壁碳纳米管在150 min左右到达吸附饱和状态,罗红霉素去除率约为85%,但磁性多壁碳纳米管能快速从水中分离出来。用准一、二动力学方程、颗粒内扩散模型以及Langmuir等温线方程能很好地拟合吸附过程。磁性碳纳米管对罗红霉素的吸附是吸热过程,兼有物理、化学吸附,△G<0,△S>0。经过本研究,发现多壁碳纳米管能有效去除水中罗红霉素。在学习和借鉴国内外文献的基础上,选取可能的影响因素,分析吸附动力学和热力学,完善多壁碳纳米管对水中罗红霉素吸附性能的研究。而磁性多壁碳纳米管的制得进一步加大了多壁碳纳米管应用于水处理领域的可能性,同时研究发现其对水中罗红霉素也具有较好的去除能力。希望通过本研究为探讨去除水中抗生素方法提供一定的帮助。
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